物理学家提出了一种新的物质状态“超流体准晶”

图1.(a)提出用于产生具有五倍旋转对称性的超流体 - 准晶体的实验方案。超晶格由两个不同周期的光晶格产生。可以使用磁场梯度生成电位梯度。在x-平面中的z方向上的一个拉曼光束Rz和另外四个(R j,j = 1,2,3,4)产生相邻孔之间的拉曼耦合。 (b)一个晶胞中的SOC。每个拉曼处理仅将阱j耦合到其相邻的邻居j + 1。相邻单位单元之间的跳变是无关紧要的,因为1⟩和5⟩之间的偏差很大。只考虑单胞中的拉曼辅助井间隧道效应。物理评论快报,2018年; DOI:10.1103 / PhysRevLett.120.060407

“超流体准晶”这个词听起来像是一本漫画书恶棍可能用来实施他卑鄙的计划的事情。

实际上,这是德克萨斯大学达拉斯分校的理论物理学家在Physical Review Letters杂志上发表的一项新研究提出的一种新形式。他们的研究还描述了在实验室中制作奇特材料的“配方”。

大多数人都熟悉物质的三种基本状态:固体,液体和气体。实际上还有其他几种,包括在太阳和其他恒星内部发现的等离子体,以及密度非常高且只存在于极端寒冷温度下的玻色 - 爱因斯坦凝聚体。

超流体是具有不寻常性质的异国情况。它具有零粘度,这意味着它可以流过一个表面,不会因为与表面的摩擦而减速 - 或者失去任何能量。液体氦等超流体必须冷却到极低的温度才能出现这种特性。

“如果你早晨的咖啡是一种超流体,你用勺子搅动它,你就可以取出勺子,而且咖啡永远不会停止移动,”自然科学和数学学院物理学教授张传伟博士说。这项研究的作者。 “由于与杯子摩擦,常规液体最终会停止。”

Superfluid和准晶

大约50年前,研究人员提出了一种新型物质,它将超流体的特性与固体晶体的特性相结合。被称为超固体的科学家们在过去几年中才能够在实验室中生产这种不寻常的材料。

“在物理学中,我们对流体是什么以及固体是什么有非常严格的定义,”Zhang说。 “液态水不能表现为固体,反之亦然。它们可以混合在一起,例如在一杯冰水中,但它们仍然是单独的物质形式。“

在描述物质如何在原子和单个粒子水平上表现的量子物理学世界中,这并非总是如此,张说。

“超固体是一种没有摩擦力的流体,它的原子也是按周期排列的,就像它们处于晶体固体一样,”他说。 “这两个在我们日常生活中相互排斥的状态,可以同时存在于量子世界的同一物理材料中。”

在他们的新研究中,张和他的同事们提出了下一个合乎逻辑的步骤 - 提出一种超流体和准晶体的新型物质。

一张晶体,就像食盐一样,原子排列成高度有序的周期性模式,当你旋转或重复时,原子是不变的。棋盘可以被认为是一个二维晶体。另一方面,准晶体是原子排列有序并具有晶体结构的材料,但它们的排列不是周期性的 - 不重复。

“我们问了这个问题,你能否有一个既是准晶又是超流体的新量子物质状态?”张说。

答案是肯定的,至少从物理原理来说,张说。

张和他的同事们提出的材料应该没有摩擦地流动,同时也表现出非周期性的准晶体结构。

“目前这是一个理论,但在本文中,我们建议一个类似实验的实验装置,生成第一批超级细菌,”张说。 “好消息是,我们不应该发明任何新技术来实际制作这种材料。它基本上涉及用玻色 - 爱因斯坦凝聚体拍摄激光。“

该研究的主要作者,UT达拉斯的物理博士生侯俊鹏表示,制作这些材料可能仍然具有挑战性。

Hou说:“新的超星体可能需要几年时间才能通过实验实现。 “但我相信我们的系统不会花费那么长时间,也许一两年。”

这项研究的其他作者还有物理学高级讲师Kuei Sun博士和物理学博士后研究员Haiping Hu博士。

该研究由空军科学研究办公室,国家科学基金会和陆军研究办公室资助。

出版物:侯俊鹏等,“玻色 - 爱因斯坦凝聚体中的超流体 - 准晶体”,物理评论快报,2018年; DOI:10.1103 / PhysRevLett.120.060407